De grootste zee die Saturnus’ maan Titan rijk is, is naar schatting zeker 300 meter diep.

Dat schrijven onderzoekers in het blad Journal of Geophysical Research. Ze baseren zich op radarmetingen die ruimtesonde Cassini uitvoerde toen deze in 2014 langs Titan scheerde.

Radar
“De manier waarop we de diepte van de zee hebben gemeten, is eigenlijk heel eenvoudig,” vertelt onderzoeker Valerio Poggiali aan Scientias.nl. “We stuurden een radarsignaal naar het oppervlak van de zee en wachtten vervolgens tot het signaal (door het oppervlak van de zee, red.) gereflecteerd werd en weer terugkeerde. Wat we vervolgens zagen, was dat er niet één signaal terugkeerde, maar twee: een deel van het signaal was helemaal door de vloeistof naar de zeebodem gereisd, waar het weerkaatst werd en weer terugkeerde naar de ruimtesonde. De diepte van de zee konden we vervolgens berekenen door te kijken naar de vertraging die er was tussen het eerste signaal (afkomstig van het oppervlak van de zee) en het tweede (afkomstig van de zeebodem).”

Afgaand op deze radarmetingen – die overigens een tamelijk onverwachts cadeautje van Cassini waren (zie kader) – schatten de onderzoekers in dat Kraken Mare zeker 300 meter diep is.

Het onderzoek dat nu in het blad Journal of Geophysical Research is verschenen, kan volgens Poggiali gezien worden als het slotstuk van een “epische reis”. Die ‘reis’ begon in 2013 toen Poggiali en collega’s ontdekten dat het radarsysteem van Cassini ook de diepte van Titans zeeën kon meten. “Het radarsysteem was ontworpen om de topografie in kaart te brengen en maar weinigen hadden dertig jaar geleden (toen Cassini gebouwd werd, red.) kunnen voorspellen dat het systeem ons ook in staat zou stellen om voor het eerst de diepte van een buitenaardse zee te meten.” De afgelopen jaren zijn aan de hand van de radarmetingen van Cassini al verschillende zeeën in kaart gebracht. Alleen Kraken Mare ontbrak nog. “In dit onderzoek beschrijven we de laatste observaties.”

Inschatting
Hoewel de radarmetingen onderzoekers in theorie in staat stellen om vrij nauwkeurig de diepte van de zeeën op Titan te meten, komen ze voor Kraken Mare toch slechts met een grove inschatting: de zee is waarschijnlijk zeker 300 meter diep. “We konden in de data verzameld in het centrale deel van Kraken Mare geen aanwijzingen vinden voor een tweede signaal dat terugkeerde vanaf de zeebodem,” legt Poggiali uit. “Dat suggereert dat de radiogolven van Cassini de zeebodem niet bereikten omdat de vloeistof óf te diep was óf de radiogolven te sterk absorbeerde. Onze conclusies over de minimale diepte van het centrale deel van Kraken Mare is dan ook gebaseerd op hoe ver de radar door een vloeistof kan reizen wanneer deze dezelfde samenstelling heeft als Moray Sinus.” Moray Sinus is een grote baai in het noordelijke deel van Kraken Mare. “In het best denkbare scenario zou de radar van Cassini de zeebodem tot een diepte van zo’n 300 meter hebben kunnen raken. In het slechts denkbare scenario zou deze niet verder komen dan zeebodems van 100 meter diep. Dus het centrale deel van Kraken Mare moet dieper zijn dan 100 meter en is waarschijnlijk ook dieper dan 300 meter. Die conclusie is overigens ook gebaseerd op de correlatie die er hier op aarde is tussen de omvang van meren en hun diepte – diezelfde correlatie is ook vastgesteld bij de op één na grootste zee op Titan – Ligeia Mare – waarvan we de diepte wel hebben kunnen meten. En tenslotte is de conclusie in lijn met een tweede meting waarbij de radar van Cassini is ingezet als radiometer en thermale energie afkomstig van de zee op radiogolflengtes is waargenomen.”

Samenstelling
Op basis van de radardata van Cassini konden de onderzoekers niet alleen een inschatting maken van de diepte van Kraken Mare; ze konden er ook uit afleiden waar de zee uit bestaat. Dat de zeeën op Titan anders zijn dan op aarde, is al veel langer bekend. Hier zijn ze gevuld met water. Daar met een mengsel van vloeibaar ethaan en methaan. “Afgaand op onze radarmetingen is het echt een mix, maar sommige laboratoriumstudies tonen aan dat het mogelijk is dat er lagen (methaan en ethaan, red.) ontstaan als bijvoorbeeld de temperaturen lokaal heel sterk dalen.” Door te kijken naar de mate waarin het radarsignaal nadat het door de vloeistoffen is gereisd, is afgezwakt, kunnen de onderzoekers echter gedetailleerdere conclusies trekken over het methaan- en ethaanmengsel. Zo blijkt Kraken Mare weliswaar uit methaan en ethaan te bestaan, maar wel veel minder ethaan te bevatten dan afgaand op de omvang en ligging van de zee werd verwacht. “Dat was echt verrassend,” aldus Poggiali. “En het heeft significante implicaties voor hoe de hydrologische cyclus werkt; we weten dat het ethaan ergens moet blijven, dus als het niet in de meren zit, moeten we blijven zoeken. Zeer waarschijnlijk verzamelt het zich in de ijskorst in de vorm van clathraat (hierbij wordt ethaan ingevangen tussen watermoleculen, red.).”


De Huygens lander is in 2005 afgedaald naar het oppervlak van Titan en heeft daar ook foto’s gemaakt. De beelden onthullen een donkere maan (het zonlicht is er 100 keer minder intens dan op aarde) waarop donkeroranje de dominante kleur is. “Dat is te herleiden naar het feit dat methaan in de atmosfeer van Titan wordt afgebroken door ultraviolet zonlicht en daarbij ontstaat een nevel van deze kleur,” aldus Poggiali.

Onderzeeër
De extra informatie over de grootste zee die Titan rijk is, is meer dan welkom. Want wetenschappers zouden maar wat graag een bootje of onderzeeër naar Kraken Mare sturen. “Er zijn al voorstellen gedaan voor een Titan-orbiter met een simpele zeesonde (eigenlijk meer een drijvende boei) aan boord.” Onderzeeërs zouden een logische vervolgstap zijn en ook daar wordt al over nagedacht. “Het doel van deze eventuele missies zou Kraken Mare zijn, omdat de omvang van de zee het gemakkelijker maakt om er te landen en de stroming en getijden de onderzeeër in beweging zouden houden. Dankzij onze metingen kunnen we nu de dichtheid van de vloeistof (waar deze eventuele onderzeeër in terechtkomt, red.) preciezer vaststellen.” En dat komt weer van pas als je een sonarsysteem voor deze onderzeeër moet ontwikkelen of een beeld wilt krijgen van de snelheid waarmee en richting waarin de stromingen de onderzeeër meevoeren.

Dat een nieuwe missie naar Titan geen overbodige luxe is, staat ondertussen vast. “Er zijn nog zoveel mysteries die we moeten oplossen” stelt Poggiali. Hij denkt dan bijvoorbeeld aan het mysterie van al het methaan op Titan. Onderzoekers begrijpen nog altijd niet waar dat methaan vandaan komt. “Zonlicht zet methaan in de atmosfeer continu om in ethaan en dit proces zou Titans methaanvoorraad binnen tien miljoen jaar moeten uitputten.” En toch is er nog altijd methaan op de maan te vinden. En niet zo weinig ook. “Misschien zijn er cryovulkanen die methaan voortbrengen of zijn er diep onder de grond methaanreservoirs te vinden,” stelt Poggiali. Maar om daar meer helderheid over te krijgen, moeten we toch echt een sonde naar de maan toesturen. “Het bestuderen van Titan is belangrijk,” benadrukt Poggiali. Niet in de laatste plaats, omdat op Titan chemische processen spelen die ook allerlei interessante (organische) stoffen voortbrengen. Omdat dat alles in de afwezigheid van vloeibaar water plaatsvindt, kan de planeet ons volgens Poggiali meer inzicht geven in de rol die vloeibaar water speelt in de zogenoemde ‘chemische evolutie’, oftewel het ontstaan van leven uit niet-levende materie, zoals organische moleculen. Daarnaast wordt aangenomen dat de atmosfeer van Titan in grove lijnen overeenkomt met de atmosfeer die onze aarde in haar jonge jaren bezat.

Terwijl onderzoekers alleen nog maar kunnen dromen van onderzeeërs op Titan, is er gelukkig ook een concrete missie naar Saturnus’ maan in de maak: Dragonfly. De drone moet op verschillende plaatsen op Titan monsters verzamelen en analyseren en gaat tevens onderzoek doen naar de atmosfeer van de maan. We moeten echter nog wel even geduld hebben; Dragonfly wordt pas over vijf jaar gelanceerd en zal vervolgens in 2034 op Titan arriveren. Tot die tijd zullen we het toch echt moeten doen met data van Cassini. Gelukkig valt daar – zo blijkt ook maar weer uit dit onderzoek – ook nog wel het een en ander uit te halen.